JP2005187519A - エタノール含有ガソリン - Google Patents

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Abstract

【課題】 ガソリン層と水層に相分離せず、またRVPを適正な値に保ったエタノール含有ガソリンを提供すること。
【解決手段】 ベースガソリンにエタノールを0.5〜15容量%、ターシャリーブチルアルコール(TBA)を0.05〜5容量%含有させたエタノール含有ガソリンであって、下記の式、
【式1】
Figure 2005187519

において、Y≦2.00であり、50%留出温度(T50)が75〜110℃、60℃における気液比(V/L)が50.0以下、リサーチ法オクタン価(RON)が89〜105であり、リード蒸気圧(RVP)が65KPa以下であるエタノール含有ガソリン。
【選択図】 なし

Description

本発明は、エタノール含有ガソリンに関し、詳しくは、ガソリン層と水層に相分離せず、リード蒸気圧(RVP)を適正に保ったエタノール含有ガソリンに関する。
自動車の性能を高めながら、その環境負荷を軽減することは社会的要請であり、近年のガソリンエンジン用燃料油には、排気ガスの低減や優れた運転特性を発揮するための性状が求められている。例えば、軽質で高オクタン価の含酸素基材であるメチルターシャリーブチルエーテル(MTBE)を配合することにより、一酸化炭素(CO)、炭化水素(THC)が低減でき、低温運転性にも優れたガソリンの生産・販売が行われていた(例えば、、特許文献1参照)。しかしながら、MTBEの環境面への影響が懸念され、現在は日本国内でのMTBEを配合したガソリンの生産・販売が自制されている。MTBEはオクタン価が高い基材であるために、MTBEの配合を中止する場合には、それに代わる高いオクタン価基材が必要とされている。その中で、ガソリンのオクタン価低下を補い、また環境負荷が低いと考えられる、MTBE以外の含酸素有機化合物が新しいガソリン基材として注目されている。中でも、エタノールは、オクタン価も高く、芳香族分やオレフィン分を含まず、バイオマスとして考える場合には再生可能燃料としてとらえることができるといった利点を有している(例えば、非特許文献1参照)。
しかし、エタノールは親水性が高く、エタノールを含有したガソリンが水分を所定量以上含有すると、条件によってはガソリン層と水層に分離してしまい、水層にエタノールが取り込まれてしまうため、ガソリンの性状がエタノールを含有することを前提として期待されたものと異なってしまうといった問題がある。また、エタノール含有ガソリンを製造する場合において、エタノール含有ガソリンの揮発特性は特異な挙動を示す。例えばエタノール含有ガソリンのRVPはガソリン中の炭化水素成分とエタノールの共沸現象により、両者のRVPより高い値を示す懸念があり、蒸発ガスの増加などを引き起こす場合がある。
そして、従来、ガソリン層と水層への分離性を改良するために、相溶剤として特定の含酸素化合物を用いる方法(例えば、特許文献2参照)や、RVPの上昇を抑制するために、相溶剤としても用いられているような特定の含酸素化合物を用いる方法(例えば、特許文献3参照)が提案されている。しかし、これらの提案された方法は、未だその効果は十分ではなく、その効果は相溶剤の種類や配合量に影響される問題がある。
特公平5−53197号公告 米国特許4207076号明細書 特表2003−520891号公報 「オートモーティブ フューエルス リファレンス ブック」第2版、Owen, K. and COleY, T., p268 (1995)
本発明は、上記のような状況下で、ガソリン層と水層に相分離せず、またRVPを適正な値に保ったエタノール含有ガソリンを提供することを目的とするものである。
本発明者らは、エタノール含有ガソリンについて鋭意検討した結果、相溶剤としてターシャリーブチルアルコール(TBA)を選択して用い、ベースガソリンへのTBAの配合量やエタノールの配合量、及びエタノール含有ガソリン中の水分量を一定の関係を満たすように維持すれば、ガソリン層と水層に相分離することなく、またRVPも適正に保つことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、次のエタノール含有ガソリンを提供するものである。
(1)ベースガソリンにエタノールを0.5〜15容量%、ターシャリーブチルアルコール(TBA)を0.05〜5容量%含有させたエタノール含有ガソリンであって、下記の式、
Figure 2005187519
において、Y≦2.00であり、50%留出温度(T50)が75〜110℃、60℃における気液比(V/L)が50.0以下、リサーチ法オクタン価(RON)が89〜105であり、リード蒸気圧(RVP)が65kPa以下であるエタノール含有ガソリン。
(2)ベンゼン含有量が1容量%以下、硫黄分が10質量ppm以下である上記(1)に記載のエタノール含有ガソリン。
本発明によれば、エタノール含有ガソリンを、ガソリン層と水層に相分離することなく、またRVPも適正に保つことができる。
以下、本発明の内容を更に詳しく説明する。
本発明のエタノール含有ガソリンに用いられるエタノールは、純度が92容量%以上であって、好ましくは95容量%以上、更に好ましくは99.5容量%以上である。エタノールの配合量は0.5容量%以上15容量%以下の範囲にあり、好ましくは0.5容量%以上12容量%以下、更に好ましくは1.0容量%以上10容量%以下である。0.5容量%以上とすることで、エタノールによるオクタン価向上といった利点が顕著に得られ、15容量%より少なくすることで他のガソリン基材との共沸現象等による蒸発特性変動を抑制することができ、好ましい。
本発明のエタノール含有ガソリンには、純度93質量%以上、好ましくは純度95質量%以上、より好ましくは純度98質量%以上のTBAを使用することが好ましく、その配合量は0.05〜5容量%であり、好ましくは0.1〜5容量%であり、更に好ましくは1〜5容量%である。TBAを5容量%以下とすることは経済性の面で好ましく、0.05容量%以上とすることで十分な効果が発揮される。
本発明のエタノール含有ガソリンにおいて、下記の式
Figure 2005187519
のYは2.00以下であり、好ましくは1.50以下、より好ましくは1.00以下である。Yを2以下とすることは、出来上がりのエタノール含有ガソリンのRVPを適切な高さに保つことができ、ガソリン自動車に使用した場合の、蒸発ガス排出の抑制や運転性の面で好ましい。
上記式における水分量は、JIS K2275に記載の“原油及び石油製品−水分試験方法”により測定することができ、例えばカールフィッシャー式電量滴定法を用いることができる。本発明におけるエタノール含有ガソリン中の水分量は0.005〜0.6質量%の範囲にあって、好ましくは、0.005〜0.55質量%の範囲にある。エタノールは吸湿性を有しているため、エタノール含有ガソリン中の水分量を制御するためには、例えば脱水エタノールをガソリンが出荷される時点でラインブレンドすることが好ましく、また、エタノール用の貯蔵タンクを確保することが好ましい。エタノールの貯蔵には固定屋根型または固定屋根内部浮屋根型タンクを用いることができ、呼吸弁を設置することが好ましい。
本発明のエタノール含有ガソリンにおいて、50%留出温度(T50)は75℃〜110℃の範囲にあり、好ましくは80℃〜105℃の範囲にある。T50は、JIS K2254の石油製品蒸留試験方法の常圧法により測定できる。
本発明のエタノール含有ガソリンにおいて、60℃における気液比(V/L)は50.0以下であり、48.0以下が好ましい。60℃における気液比(V/L)は、ASTM D 2533−93aに記載されている方法(StandardTestMethodfor Vapor−Liquid Ratio of Spark−Ignition Engine Fuels)により測定できる。
本発明のエタノール含有ガソリンにおいて、リサーチ法オクタン価(RON)は89〜105の範囲にある。RONは、JIS K 2280の石油製品 燃料油 オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法により測定できる。
本発明のエタノール含有ガソリンにおいて、RVPは65kPa以下である。RVPはASTM D4953に記載されている方法(StandardTestMethodfor Vapor Pressure of Gasoline and Gasoline−Oxygenate Blends (DryMethod))により測定できる。なお、この試験法による測定結果とJISZ8402の規定により有意差がないと確認できる場合、自動蒸気圧試験器を用いることもできる。
エタノール含有ガソリンのT50やV/L、RON、RVPを上記記載とすることで、ガソリン自動車の運転性や耐ノッキング性能などに優れた燃料とすることができる。また、V/L、RVPを上記範囲とすることで、蒸発ガスを抑制することができる。
本発明のエタノール含有ガソリンにおいて、排ガス中のベンゼン量を抑えるため、ベンゼンは1容量%以下が好ましい。ベンゼン含有量は、JIS K2536の石油製品 炭化水素タイプ試験法のガスクロマトグラフ法で定量できる。
本発明のエタノール含有ガソリンにおいて、排ガス後処理装置への悪影響を防ぐため、硫黄分は10質量ppm以下であることが好ましい。
本発明のエタノール含有ガソリンは、エタノール及びTBAを、最終的に得られるエタノール含有ガソリンが本発明で規定する上記性状となるような性状を有するベースガソリンと混合して調製することができる。エタノールの混合量は0.5〜15容量%であり、TBAの混合量は0.05〜5容量%であり、残余がベースガソリンおよび他の添加剤である。このベースガソリンは、一種又は二種以上の従来から使用されているガソリン基材を混合し調製することができる。
本発明で用いるベースガソリンの基材としては、原油を常圧蒸留して得られる軽質ナフサ、好ましくはそれを脱硫した脱硫軽質ナフサ、重質ナフサを脱硫後、接触改質して得られる改質ガソリン、軽質改質ガソリン、重質改質ガソリン、及びそれらを混合したもの、接触分解や水素化分解法などで得られる分解ガソリン、軽質分解ガソリン、重質分解ガソリン、及びそれらを混合したもの、軽質ナフサを異性化して得られる異性化ガソリン、イソブタンなどの炭化水素に低級オレフィンを付加することにより得られるアルキレート、原油の常圧蒸留時、改質ガソリン製造時、又は分解ガソリン製造時等に蒸留して得られるブタン、ブテン類を主成分としたC4留分、ラフィネート、MTBEやETBEなどのエーテル類などがある。
本発明で用いるベースガソリンの一例として、オクタン価89〜93程度のレギュラーガソリンが挙げられ、そのガソリン基材の配合の一例として、改質ガソリン、接触分解ガソリン、脱硫軽質ナフサ、C4留分などを配合することが挙げられ、その配合割合はおおよそ、改質ガソリン10〜30容量%、分解ガソリン30〜70容量%、脱硫軽質ナフサ5〜20容量%、C4留分0〜5容量%であり、このレギュラーガソリンのRVPはおおよそ44〜63KPaである。
また、他の一例として、オクタン価が97以上のハイオクガソリンが挙げられ、そのガソリン基材の配合の一例として、軽質接触分解ガソリン、改質ガソリン、アルキレート、C4留分などを配合することが挙げられ、その配合割合はおおよそ、軽質接触分解ガソリン30〜50容量%、改質ガソリン30〜60容量%、アルキレート0〜20容量%、C4留分0〜5容量%であり、このハイオクガソリンのRVPはおおよそ44〜63KPaである。
一般に、ベースガソリンは、コストパホーマンスの観点からは、RVPが比較的高い50〜63KPaのものが好ましく、53〜63KPaのものが更に好ましい。
また、エタノール含有ガソリンのV/Lは、主成分であるベースガソリンのV/Lに大きく依存するが、ベースガソリンのV/Lは、ベースガソリンに用いるガソリン基材の一種又は二種以上のガソリン基材の分留性状を適宜選択することによって主として調整することができる。例えば、上記組成のオクタン価89〜93程度のレギュラーガソリンを、分留性状が37〜166℃の改質ガソリン、分留性状が35〜202℃の接触分解ガソリン、分留性状が30〜77℃の脱硫軽質ナフサ、およびC4留分を用いて調製したとき、このレギュラーガソリンの60℃におけるV/Lは、34である。
また、本発明のエタノール含有ガソリンには必要に応じて、各種の添加剤を適宜配合することができる。このような添加剤としてはチオアミド化合物などの金属不活性剤、有機リン系化合物などの表面着火防止剤、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリイソブチレンアミン、ポリエーテルアミン、ポリイソブチレンアミンなどの清浄分散剤、多価アルコール及びそのエーテルなどの氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属やアルカリ土類金属塩、高級アルコールの硫酸エステルなどの助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤などの帯電防止剤、アルケニルコハク酸エステルなどの錆止め剤、及びアゾ染料などの着色剤、及びターシャリーブチルアルコール以外の高級アルコール例えば、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、セカンダリーブチルアルコールなどのイソブチルアルコールなどの相溶剤など、公知の燃料添加剤が挙げられる。これらを一種又は数種組み合わせて添加することができる。
本発明においては、ベースガソリンとしてRVPが44〜55kPaのものを含み、エタノール含有量が5〜15容量%、TBAが1〜5容量%と比較的多く、水の含有量が0.1〜0.6質量%と比較的高く、かつ最終的なRVPが65kPa以下であるエタノール含有ガソリンも、水の含有量コントロールが容易な低RVPのエタノール含有ガソリンであり、好ましい。
また、ベースガソリンとしてRVPが55〜65kPaと比較的高いものを含み、エタノール含有量が1〜10容量%と比較的高く、水の含有量が0.005〜0.5質量%、TBAが1〜5容量%と比較的多く、かつ最終的なRVPが65kPa以下であるエタノール含有ガソリンも、ベースガソリンのコストパフォーマンスに優れた低RVPのエタノール含有ガソリンであり、好ましい。
また、ベースガソリンとしてRVPが53〜63kPaのものを含み、エタノール含有量が1〜15容量%と比較的高く、水の含有量が0.05〜0.3質量%、TBAが0.05〜2容量%と比較的少なく、かつ最終的なRVPが65kPa以下であるエタノール含有ガソリンも、添加剤のコストパフォーマンスに優れた低RVPのエタノール含有ガソリンであり、好ましい。
以下に本発明の内容を実施例及び比較例により更に詳しく説明するが、本発明はこれらによって制限されるものではない。
実施例及び比較例に示すエタノール含有ガソリンを調製するために使用したガソリン基材の性状を表1に示す。
実施例1
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと軽質接触分解ガソリンとアルキレートを5:46:36:9の容量比で混合したベースガソリンを蒸留水と混合し、静置後分離したガソリン層を分取し、飽和水分量だけベースガソリンに水分量を含有させたものと、純度99.5%の脱水エタノール(水分量50ppm以下)と純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを95:3:2の容量比で混合し、更に蒸留水を1300質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
実施例2
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと軽質接触分解ガソリンとアルキレートを5:46:36:9の容量比で混合したベースガソリンを蒸留水と混合し、静置後分離したガソリン層を分取し、飽和水分量だけベースガソリンに水分量を含有させたものと、純度99.5%の脱水エタノール(水分量50ppm以下)と純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを95:3:2の容量比で混合し、更に蒸留水を500質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
実施例3
重質接触改質ガソリンと軽質接触分解ガソリンとアルキレートを38:34:15.9の容量比で混合したベースガソリンを蒸留水と混合し、静置後分離したガソリン層を分取し、飽和水分量だけベースガソリンに水分量を含有させたものと、純度99.5%の脱水エタノール(水分量50ppm以下)と純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを879:120:1の容量比で混合し、更に蒸留水を2000質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
実施例4
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと軽質接触分解ガソリンとアルキレートを30:38:4:8の容量比で混合したベースガソリンを蒸留水と混合し、静置後分離したガソリン層を分取し、飽和水分量だけベースガソリンに水分量を含有させたものと、純度99.5%の脱水エタノール(水分量50ppm以下)と純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを80:15:5の容量比で混合し、更に蒸留水を5200質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
実施例5
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと脱硫処理した接触分解ガソリンと脱硫処理した軽質ナフサを13:10:50:19.5の容量比で配合したものに対して、蒸留水を加え静値後、油層と水層を分離して得られたベースガソリンと純度99.5容量%(水分量50ppm以下)の脱水エタノールと純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを925:50:25の容量比で配合し、更に蒸留水を900質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
実施例6
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと脱硫処理した接触分解ガソリンと脱硫処理した軽質ナフサを14:16:60:10の容量比で配合したものに対して、蒸留水を加え静値後、油層と水層を分離して得られた飽和水分量だけ水を含有したベースガソリンと純度99.5容量%(水分量50ppm以下)の脱水エタノールと純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを85:10:5の容量比で配合し、更に蒸留水を5910質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
実施例7
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと脱硫処理した接触分解ガソリンと脱硫処理した軽質ナフサとブタンを17:11:60:10:2の容量比で配合したものに対して、蒸留水を加え静値後、油層と水層を分離して得られたベースガソリンと純度99.5容量%(水分量50ppm以下)の脱水エタノールと純度98容量%以上のターシャリーブチルアルコールを85:10:5の容量比で配合し、更に蒸留水を2900質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
比較例1
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと軽質接触分解ガソリンとアルキレートを5:46:36:9の容量比で混合したベースガソリンを蒸留水と混合し、静置後分離したガソリン層を分取し、飽和水分量だけベースガソリンに水分量を含有させたものと、純度99.5%の脱水エタノール(水分量50ppm以下)と純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを95:3:2の容量比で混合し、更に蒸留水を4000質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
比較例2
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと接触分解ガソリンと脱硫処理した軽質ナフサを13:10:50:19.5の容量比で配合したものに対して、蒸留水を加え静値後、油層と水層を分離して得られたベースガソリンと純度99.5容量%(水分量50ppm以下)の脱水エタノールと純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを89:10:1の容量比で配合し、更に蒸留水を9000質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
比較例3
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと軽質接触分解ガソリンとアルキレートを30:33:4:8の容量比で混合したベースガソリンを蒸留水と混合し、静置後分離したガソリン層を分取し、飽和水分量だけベースガソリンに水分量を含有させたものと、純度99.5%の脱水エタノール(水分量50ppm以下)と純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを75:20:5の容量比で混合し、更に蒸留水を1.2質量%添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
比較例4
軽質接触改質ガソリンと重質接触改質ガソリンと軽質接触分解ガソリンとアルキレートを5:46:36:9の容量比で混合したベースガソリンを蒸留水と混合し、静置後分離したガソリン層を分取し、飽和水分量だけベースガソリンに水分量を含有させたものと、純度99.5%の脱水エタノール(水分量50ppm以下)と純度98%以上のターシャリーブチルアルコールを95:3:2の容量比で混合し、更に蒸留水を2000質量ppm添加し、表2に示すような性状を有するエタノール含有ガソリンを調製した。
実施例1〜7及び比較例1〜4の各エタノール含有ガソリンについて、表2に記載した水分量は、カールフィッシャー方式電量滴定法(平沼産業製AQ−7)により定量したものである。実施例1〜7及び比較例1〜4の各エタノール含有ガソリンについて、RVPと分離性を下記のように評価した。
RVPは、Grabner製CCA−VPSを用いて、測定した。
また、各試料を100ml栓付きメスシリンダーにサンプリングし、その後10℃まで冷却後、分離性を確認した。
結果を表2に示す。
Figure 2005187519
Figure 2005187519
例えば、実施例1及び2と比較例1及び4は、ベースガソリン組成やエタノール配合量、TBA配合量など、組成は同じである。このように組成が同じであっても、Yが本発明の範囲内にある実施例1及び2は相分離も認められず、RVPも65kPa以下とすることができる。一方、Yが2.00を超える比較例1あるいは4は、RVPが65kPaを超えてしまい、Yがより大きい比較例1では相分離も発生していることが分かる。

Claims (2)

  1. ベースガソリンにエタノールを0.5〜15容量%、ターシャリーブチルアルコール(TBA)を0.05〜5容量%含有させたエタノール含有ガソリンであって、下記の式、
    Figure 2005187519
    において、Y≦2.00であり、50%留出温度(T50)が75〜110℃、60℃における気液比(V/L)が50.0以下、リサーチ法オクタン価(RON)が89〜105であり、リード蒸気圧(RVP)が65kPa以下であるエタノール含有ガソリン。
  2. ベンゼン含有量が1容量%以下、硫黄分が10質量ppm以下である請求項1に記載のエタノール含有ガソリン。
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